Energieeffiziente und wartungsarme Turbogebläse mit Luftlagern. Für den 24/7-Betrieb ausgelegt - prozesstechnik online

Für den 24/7-Betrieb ausgelegt

Energieeffiziente und wartungsarme Turbogebläse mit Luftlagern

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Turbogebläse versorgen in der Abwasserbehandlung die Belebungsbecken großvolumig mit Sauerstoff. In der Regel laufen die Maschinen im 24/7-Betrieb. Gefragt sind also optimale Verfügbarkeit, hohe Energieeffizienz und lange Wartungszyklen. Deshalb stattet Aerzen seine Turbogebläse der neuesten Generation mit Luftlagern aus. Welche Vorteile dieses Lagerkonzept im Vergleich zu Magnetlagern bietet, erfahren Sie hier.

Aufbau und Wirkprinzip der AT-Turbogebläse von Aerzen sind einfach und effektiv zugleich. Ein direkt auf der Motorausgangswelle sitzendes, strömungstechnisch optimiertes Schaufelrad dreht sich in einem Spiralgehäuse und erzeugt so den Volumenstrom. Dabei liegt die Drehzahl des Schaufelrades zwischen 20 000 und 70 000 min-1. Diese extrem hohen Drehzahlen verlangen besondere Hochfrequenzmotoren, entsprechende Frequenzumrichter und eine geeignete Lagerung der Motorwelle mit dem Schaufelrad.

Verdichtete Luft als Lagermedium

Das Lagerkonzept von Aerzen setzt auf verdichtete Luft, die sowohl in den beiden Radiallagern der Antriebswelle als auch im Axiallager zum Einsatz kommt. Bei der Erzeugung des Lufkissens kommt das Kompressorprinzip zum Einsatz: Die schnell drehende Welle erzeugt beim Anfahren des Turbogebläses im Luftspalt des Lagers durch natürliche Unwucht eine exzenterförmige Kreisbewegung. Weil hierbei die Welle auf dem minimalen Weg zur Lagerwand den Druck in diesem Bereich erhöht, wird dabei eine Gegenkraft in Form eines Druckanstiegs erzeugt. Diese drückt die Welle wieder – vergleichbar mit einem Kompressor oder Wankelmotor – in die entgegengesetzte Richtung.

Aufgrund der schnell ansteigenden Drehzahl zentriert sich die Welle im Lager selbst und steigert dabei auch den Druck im Luftspalt auf mehr als 30 bar. Die herrschenden Kräftepaare sind so groß, dass sie die Welle auch bei stark wechselnden Betriebsbedingungen dauerhaft in der Mitte des Lagers halten – und das freischwebend ohne Oberflächenkontakt.

Kein zusätzlicher Energiebedarf

Besonderer Vorteil: Die Bildung des Luftkissens erfolgt ohne zusätzlichen Energieeintrag. Genau hier liegt der Unterschied zu Turbogebläsen anderer Hersteller, die mit einer Magnetlagerung arbeiten. Sie benötigt zusätzliche elektrische Energie, um das Magnetfeld aufzubauen, in dem sich die Welle frei von mechanischer Reibung dreht. Die Magnetlagerung benötigt zudem ein komplexes Regelsystem, um auch bei wechselnden Betriebsbedingungen zuverlässig zu funktionieren. Bei der von Aerzen präferierten Luftlagerung sind derartige Regelsysteme nicht notwendig.

Da sich das Luftkissen erst beim Hochfahren des Turbogebläses aufbaut, liegt die angetriebene Welle für Bruchteile einer Sekunde auf dem Lager auf, was zu Verschleißreibung führen kann. Der Ausweg: Aerzen bringt auf die Lager eine spezielle Zweikomponentenbeschichtung auf. Eine der beiden Komponenten ist PTFE, das einen sehr geringen Reibungskoeffizienten hat. Dieser Werkstoff wirkt wie einen Schmierfilm ohne Fett und Öl. Auf diese Weise wird die Verschleißreibung beim Anfahren des Turbokompressors wirkungsvoll verhindert.

Der eingangs beschriebene Kompressoreffekt im Lager verdichtet die Luft so stark, dass die Schicht zwischen Lagerring und Welle praktisch hart wie Stahl ist und somit nicht mehr dämpft. Vor diesem Hintergrund hat Aerzen eine speziell auf diesen Einsatz abgestimmte Federfolie entwickelt. Hierbei handelt es sich um ein wellenförmig gewalztes, millimeterstarkes Blech, das die Gleitschicht des Lagers stützt und gleichzeitig die Schwingungen aufnimmt, die ansonsten auf das Gehäuse übertragen werden würden.

Reserven für höhere Drehzahlen

Mit der Luftlagerung ist es Aerzen gelungen, Turbogebläse mit hochfrequenten, permanenterregten Synchronmotoren als energieeffizienten Antrieb zu perfektionieren. Dabei bietet dieses Lagerkonzept noch Reserven für höhere Drehzahlen, die mit Magnetlagerungen in der Regel nicht möglich sind.

Das heißt: Die Leistungsdichte der Aerzen-Turbogebläse lässt sich weiter steigern, wenn die entsprechenden Motoren zum Einsatz kommen.

Wie bereits beschrieben, kommt bei der Magnetlagerung eine aufwendige Regelungselektronik zum Einsatz, die die Kräfte der Magnetfelder ständig neu justieren muss. Hierfür erfassen Sensoren ständig die Position der Welle im Magnetfeld. Damit dieser überaus aufwändige Regelkreis auch im Falle von Anlagenstörungen oder Stromausfall eine gewisse Zeit aktiv bleibt, verfügen magnetgelagerte Turbogebläse immer über eine unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV). Sie stellt sicher, dass das Magnetfeld so lange bestehen bleibt, bis die Welle eine für das mechanische Notlager unkritische Drehzahl erreicht hat. Einsatz, Betrieb und Wartung der USV erhöhen die Lebenszykluskosten des Gebläses. Genauso verhält es sich mit der Magnetlagerung. Sie benötigt zusätzliche Energie und verlangt regelmäßige Wartung.

Im Unterschied dazu ist die Luftlagerung mit einem energetisch angepassten Leerlaufbetrieb nahezu wartungsfrei. Aufgrund ihres einfachen Aufbaus können die Luftlager im Rahmen planbarer Revisionen der Gebläsetechnik ganz einfach vor Ort gewechselt werden. Gutachterliche Analysen haben zudem bestätigt, dass die Servicekosten bei Turbogebläsen mit Luftlagerung deutlich niedriger ausfallen.

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Suchwort: cav0618aerzen

Halle 8.0, Stand D38

Beim Anfahren des Turbogebläses führt die Welle aufgrund der natürlichen Unwucht eine exzenterförmige Kreisbewegung aus. Dabei bildet sich zwischen Welle und Lagerwand ein stabiles Luftkissen aus, das die Welle zentriert und Verschleißreibung verhindert.
Bild: Aerzen
Beim Anfahren des Turbogebläses führt die Welle aufgrund der natürlichen Unwucht eine exzenterförmige Kreisbewegung aus. Dabei bildet sich zwischen Welle und Lagerwand ein stabiles Luftkissen aus, das die Welle zentriert und Verschleißreibung verhindert.
Bild: Aerzen
Beim Anfahren des Turbogebläses führt die Welle aufgrund der natürlichen Unwucht eine exzenterförmige Kreisbewegung aus. Dabei bildet sich zwischen Welle und Lagerwand ein stabiles Luftkissen aus, das die Welle zentriert und Verschleißreibung verhindert.
Bild: Aerzen

Autor: Thorsten Sienk

Freier Fachredakteur



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